热泵系统的研究进展

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The research progress of heat pump systemsMA Bo .LI Tou-mei(1.SANY Heavy Industry Co.，Ltd.，Changsha，Hunan 410100，China；2.Hunan Rare Earth Institute Co.，Ltd.，Changsha，Hunan 410126，China)Abstract：With the development of society and science and technology，heat pump systems has become more and more popular and hasbeen a hot topic at present.The paper summarizes the function of heat pump systems，then introduces the heat pump technology，andthen carries out investigation on the system structure，finally，discusses the application of these kinds of systems.This review is focusedon the advances in heat pump systems to provide reference to develop heat pump systems。

Keywords：heat pump technology；energy consumption；energy conservation根据回收热量的来源不同，热泵系统提供了各种产品，从而适用在各种工业、商业和住宅中。根据热源的不同，热泵主要分为：地源热泵，基于地热的热泵 ，能够在冬季供暖，储备冷量，夏季降温，储备热量；空气源热泵，基于空气源，通过冷媒作用进行能量转移；水地源热泵，基于水源，冬季吸收外界热量供暖，夏季对外界排热制冷；复合热泵，则不同于单源，复合热泵结合了多种能源实现热泵功能。

由于热泵节能潜力很大 ，它成为能源回收系统组件中最重要的部分。因此，对提高热泵的性能、可靠性，以及其对环境的影响研究-直是-个持续的热点问题。最近，热泵系统进展都集中在基于热量和工作驱动系统的先进循环设计 ，循环组件(包括工作液的选择)改进 ，以及更广阔的应用和开发利用研究上。本文提供了热泵系统研究的最新进展 ，从而对实际应用中热泵解决方案提供-个-站式”的选择。

l 提高能源利用效率的方法1.I 提高压缩机性能为了尽量减少蒸气压缩循环的能量消耗，-个关键的方法是减少所需压缩比的压缩机能量消耗。换言之 ，收稿日期：2013-04-21作者简介：马渡(1983-)，男，湖南仑人，大学本科，助理工程师，研究方向：机械设计与自动化。

就是要提高压缩机的性能。在最近几年中，涡旋式压缩机的发明是压缩机技术上的-个重大突破。比标准的往复式压缩机，涡旋式压缩机提高了约10%的效率。这种改善有3种主要的原因：-是 ，吸入阀和排出过程是分开的，这意味着没有热量加入 ；二是 ，压缩过程是缓慢进行的旋转超过540。和180。的旋转往复式压缩机，因此，驱动转矩的波动只有往复式压缩机的10%；三是，涡旋压缩机能够消除吸入阀和排出阀值 ，该值导致了往复式压缩机中的压力损失。另外，涡旋式压缩机具有更好的可靠性，因为他们有较少的运动部件，同时，在液体击拍条件下可以运行更好。最近工作表明，涡旋式压缩机与热泵的耦合展示了这样-个集成结构的能源效率。

最近，研究人员研发出了-个新的命名为旋转叶片压缩机”制冷压缩机。据称他们的创新设计中涉及的显著特征 ，是用-个旋转圆筒压缩机构-起移动来减少能量损失 ，从而摩擦和泄漏损失有效减少。与活塞型相比，在旋转叶片压缩机的径向游隙的泄漏损耗，通常比前者少40%，而且达到了95%的容积效率。绿色和新颖的压缩机通过大幅降低输入能量来执行类似的制冷剂的压缩。实验数据表明，相比目前市场上的系统，该系统节能减排高达80%。

1.2 采用多级循环结构多级系统采用多个压缩阶段，可以被归类为混合系统或级联系统的多级蒸汽压缩系统。混合系统由两个或第 32卷第 19期 马波，等：热泵系统的研究进展 31两个 以上压缩阶段串联连接。它可具有 1个高压侧压缩机(较高压力)和1个低压侧压缩机(较低压力)或几个串联连接的压缩机。和单级系统相比，在每个压缩阶段，混合系统具有更小的压缩比，较高的压缩效率 ，更大的制冷效果，高级侧压缩机较低的排出温度和更大的灵活性。

级联系统由两个独立操作的单级制冷系统组成：低温制冷系统 ，保持较低的蒸发温度和产生的制冷效果；而高温制冷系统，则运行在-个较高的蒸发温度中。这两个独立的系统由级联压缩器相联，高温制冷系统中的蒸发器提取热量，然后 ，由低温制冷器中的冷凝器将热量释放 ，通过-个两阶段蒸发器的热泵干燥循环 ，比较只有- 个单-阶段循环来说 ，其可被更多回收高达35%以上的热量，从而更大程度提高热泵的性能。

1.3 喷射器技术的改进喷射器是喷射式制冷系统的核心部件，是由英国人查尔斯·帕森斯在1901年发明的，用于蒸汽机冷凝器空气抽龋1910年，莫里斯·勒布朗在第1台蒸汽喷射式制冷系统中使用喷射器。喷射器是制冷空调、海水淡化、石油炼制和化工等行业 中必不可少的-部分。此外 ，喷射器是蒸馏塔、冷凝器和其它热交换过程的-个组成部分。

最近，新的产品主要集中在喷射器压缩系统的各个方面，即喷射器扩展跨临界CO：热泵循环、两相喷射系统、喷射器在蒸发制冷 ，以及采用低品位废热或太阳能来喷射式制冷系统的性能。

1.4 新制冷剂的发明HCFC-22是应用较广泛的热泵和空调等的制冷剂。

它具有相对低臭氧潜力，但是因为它包含氯，因此，研究者正在寻求类似功能的替代品。在寻求替代制冷剂的同时，是选择-个具有类似的该制冷剂的热力学性质的产品。同时，它也应该具备理想的蒸发焓匹配性质。只有当这些参数可以完全匹配，才能使得系统的重新设计或重新配置达到最携。

未来热泵系统制造商的挑战和机遇中，最值得注意的是持续不断的努力开发新的制冷剂。他们为了在竞争中保持优势 ，必须开发出燃气热泵等新技术来满足最低能效要求，其开发出新的性能增强型制冷剂 ，必须满足改进的周期控制，效率更高的电机和压缩机，以及新的循环系统，以达到最佳的循环效率，以满足不同的制冷能 力2 混合动力系统2.1 混合除湿系统干燥剂热泵混合动力系统提供空间湿度控制 ，同时，对高能效空调温度控制，提供了-种有效的手段。这种混合动力系统结合了电动蒸汽压缩循环和干燥剂材料。这些干燥剂材料从废蒸气压缩循环的冷凝器的热再生。混合除湿系统(HVAC)应用中的除湿系统，对传统的空调系统提供替代或补充，主要应用于潜热负荷高的地方或者独立控制温度和湿度的-个重要因素的地方。干燥剂热泵混合动力系统的优势包括：允许独立的湿度和温度控制 ；提供被 占用空间的低湿度水平 ；在空间温度上提供同等的舒适程度；通过减少昂贵的过冷却和再加热所需的设备的成本 ，减少开销。

混合系统被广泛的应用于商业，包括学校、礼堂、医院、高层写字楼、超市、餐馆等。有学者研究，如在超市中使用除湿热泵混合动力系统 ，在其系统中，-个 自我再生液体除湿冷却系统被集成到-个电动热泵。在另-项独立研究中，进行了除湿热泵的性能测量。低除湿量(4～6 g/kg)中实现了5～6左右的COP，随着COP的降低，除湿量会增加 。研究者探索了-种新的混合动力系统 ，集成了可变制冷剂流和热泵干燥剂系统，并在不同季节进行了实地性能测试，既能够显著节约能源 ，同时也提供最佳的室内热舒适和空气质量。

2.2 混合太阳能通过热泵与太阳能技术的整合，提出的-种新的混合动力系统，可以显著提高太阳能热泵的性能。这种太阳能辅助热泵系统的应用 ，包括水加热、蓄热和干燥。混合太阳能热泵(SAHP)中，混合动力系统集成了太阳能光热、光伏(PV)和热泵，采用可再生能源 ，以提高热泵过程。因为太阳能电池的能量吸收 ，热泵的COP也大幅改善♂果表明，相对于传统的热泵系统 ，PV-SAHP系统的性能更好，可实现更高的光电转换效率。

SAHP产品干燥的应用也得到了广泛的关注，热泵耦合以及太阳能集热器改进的空气收集器的热效率值在0.7-0.75之间，而蒸发器集电极的效率在0.8～0.86之间变化。效率的提高主要来自于电极损耗的减少。

3 新型应用与解决方案3.1 海水淡化海水淡化 ，是将海水转换成淡水的过程。如惠普公司有效利用热能将海水淡化，并将热泵系统部署到海水淡水中。实验系统有能力每小时生产出1 L水。在能源效率方面，凭借集成的HP和太阳能、混合动力系统，可以降低运营成本，而且更简单方便。

3.2 地热热泵作为-种可再生能源技术，地源热泵的高能效和低环境的特点，已经影响到建筑师、制造商和安装支持标准化设计方法和安装技术。因此 ，地源热泵的性能以及可靠性有所改善，几乎不需要进行维护。

3.3 烘 干已有这方面的应用，如热泵干衣机，其主要优点：热泵的能力、排气和干燥气体的温度和湿度的控制能力，以及能量回收。研究人员证明，热泵能产生精确的干燥条件。

3.4 加热与冷却热泵的主要应用之-是对指定空间(下转第 46页)企 业 技 术 开 发 2013年7月兰茎 ---T耋 l 至至兰蓁蛋 - 《量耋-· 芋 赫(L图3纳雍煤矿5、6煤层曲线特征图图4纳雍煤矿16煤层曲线特征图岩性特征明显的辅 标志层往下2.68～9.51 m左右是28煤，且距离极稳定。底板岩性较细，顶板含完整的栉羊齿、楔叶等植物叶片化石可作为28煤对比的辅助标志，28煤夹有0～1层夹矸，且下分层厚度约为上分层的两倍，可作为28煤层对比的间接标志，28号煤层的底板具有高峰估 自然伽玛异常；28煤确定之后往下1611左右是31煤 ，与28煤间距14.15～20.45m，下距B 标志层14m左右，距离较稳定。为龙潭组下段第-层结构复杂煤层，夹1-2层夹矸，且都为泥岩，可作为31煤对比的辅助标志。31煤顶底板岩性较细，多为粉砂质泥岩。31煤层具有多层结构，其夹矸自然伽玛曲线幅值较高，呈现-个尖峰型。28号煤至31号(上接第3l页)提供加热和冷却。虽然利用热泵技术进行加热制冷的应用本身不是新的应用，但与此相关的应用还在不断地被开发。例如 ，在建筑物内的空间，提供热水的加热和冷却；在-个规南大、新颖的区域设计加热、冷却系统；随着不同区域加热、冷却系统的设计，能源利用率显著增强，并显著减少碳痕迹。

4 结 语热泵技术被广泛用于住宅和商业空间的加热、冷却和水加热、制冷，以及其他工业过程中。本文从热泵系统的功能、技术和应用等方面，介绍了当前的研究进展，为煤层之间，伽玛伽玛曲线呈现锯齿型。如图5所示。

4 结 语图5纳雍煤矿28、31煤层曲线特征图在主要可采煤层对比中，对每～可采见煤点，均有3～4种对比依据来进行综合确定，主要对比方法总结如下：①标志层对比。B2可作为确定1煤的标志，确定3煤的辅助标志、辅 可做为5煤的确定标志、B 可作为确定19煤的标志、辅 可作为确定28煤的标志、B 可作为32煤的确定标志，B 可作为33煤的辅助标志。

②层间距对比。本区为典型的海陆交互相沉积，沉积环境稳定，构造简单 ，层间距稳定 ，变化较小 ，规律性明显，沉积旋回清楚。

③物性特征曲线对比。根据物性特征主要对比了5、6、16、28、31等5层可采煤层。